MICS接收机中小数分频锁相环的研究与设计

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目MICS接收机中小数分频锁相环的研究与设计学科专业微电子与固体电子学学号201121031006作者姓名徐汝云指导教师刘洋教授分类号密级注1UDC学位论文MICS接收机中小数分频锁相环的研究与设计徐汝云（作者姓名）指导教师刘洋教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业微电子与固体电子学提交论文日期2014.04.11论文答辩日期2014.05.12学位授予单位和日期电子科技大学2014年06月30日答辩委员会主席

2、评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEACHANDDESIGNOFFRACTIONAL-NPLLFORMICSAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ResearchanddesignofFractional-NPLLForMICSAuthor:XuRuyunAdvisor:Prof.LiuYangSchool:SchoolofElectronicEngineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我

3、所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日

4、期：年月日摘要摘要无线通讯市场的迅速增长，带来了对高性能低成本射频集成电路的迫切需求。同时半导体产业的迅猛发展也为所有通信模块集成在一块芯片上提供了可能。其中，最难集成的便是提供本振信号的锁相环。因为锁相环的相位噪声很难满足无线通信系统的相位噪声需求。因此，对各种锁相环的研究也越来越多。从整数分频到小数分频，从模拟到数字，锁相环的性能不断得到提升，而成本不断降低。频率合成器作为接收机中的关键模块，其性能指标直接决定了本振信号的精度和纯度。由于整数分频锁相环的参考频率为接收机信道宽度，且锁相环的环路带宽要求小于其参考频率的十分之一。整数分频锁相环很难满足MICS接收机快速锁定，高分辨率的要求

5、。因此，文中设计的频率合成器采用了小数分频锁相环结构。文中从基本的单元模块到系统架构，对小数分频锁相环进行了详细的理论分析。并在理论分析的基础上，设计了一个用于MICS无线收发系统的400MHz~430MHz的低功耗小数分频电荷泵锁相环。其中VCO采用四阶差分结构环形振荡器，divider采用六位脉冲吞咽可编程分频器，调制器采用MASH1-1-1结构，电荷泵采用带镜像支路的电荷泵并用电压跟随器消除电荷共享，环路滤波器滤波器采用三阶RC无源滤波器以抑制调制器高频量化噪声。文中首先根据MICS接收机系统指标规划了小数分频锁相环各模块指标，并用MATLAB/Simulink建模验证了指标规划

6、的合理性。其次，在CadenceSpectre平台下完成小数分频锁相环的设计仿真。再次，根据所设计的电路在CadenceVirtusoo下完成版图设计，所设计的锁相环芯片版图总面积为0.8mm*1.2mm（含PAD）。后仿真时，小数分频锁相环的工作电压为1.8V，输出频率范围：400MHz~430MHz，信道宽度为300kHz，锁定时间小于25us，小数杂散小于-50dBc,相位噪声为-104dBc/Hz@1MHz。设计的锁相环，满足MICS无线接收机的性能指标要求。该小数分频锁相环芯片在GSMC0.18um工艺下流片，采用QFN24管脚封装。测试时，VCO输出频率范围为95MHz~741

7、.7MHz，相位噪声为-91.47dBc/Hz@1MHz。分频器能正常工作，但整个锁相环无法锁定。后面对这次设计作了详细的总结，并提出了相应的改进措施。关键词：小数分频锁相环，低压电荷泵，环形振荡器，MATLAB/Simulink建模，MICS接收机IAbstractABSTRACTWiththerapidgrowthofthewirelesscommunicationsmarket,thedemandforlow-co